多控制点水平井靶体参数的计算

石油天然气行业标准中只规定了两种水平井靶型：二维铅垂靶和三维铅垂靶，这远远不能满足水平井钻井设计等工作的实际需要。为了适应更加复杂的地质和工程上的需要，近年来更多采用拱形水平井或阶梯水平井靶区。为此，介绍了由多个关键点控制的水平井三维靶体的数学模型，给出了靶窗平面方程、靶体轴线上任意点的横向偏差和纵向偏差以及靶窗局部坐标变换等靶体参数的基础计算公式；并对描述实钻轨迹与水平井靶体的偏差的方法进行了探讨，建立了一个归一化实钻偏差模型。该模型用归一化正方形中的一条连续平面曲线直观地描述实钻轨迹与靶体轴线的距离和位置关系，可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。     

长水平段水平井靶区多控制点轨道优化设计方法

试算法设计的多控制点水平井轨道造斜段多、轨迹控制作业难度大,不利于快速钻井。结合水平井"PDC钻头+弯外壳螺杆钻具"复合钻快速钻井特点,提出了长水平段水平井靶区多控制点轨道优化设计方法,即先用直线间隔连接控制点得到控制单元,再通过选择适当曲线连接相邻控制单元形成二维或三维控制单元体。实例计算结果表明,本文提出的优化设计方法设计的靶区多控制点水平井轨道稳斜段总进尺长,三维水平井轨道可在装置角保持不变的情况完成轨迹控制作业,有利于复合钻快速钻井和提高作业效率。     

多目标水平井水平段三维设计数学模型

用柱面法推导出多目标水平井水平段三维设计数学模型，并给出了三维设计所需井斜方位角及井斜角的简单计算公式。该数学模型具有一般性，可以方便地编制成计算机程序，对于多目标水平井水平段的优化设计和所有水平井入靶前的随钻修正设计都非常适用。     

基于测量工具的U型水平井井身剖面设计

为实现2口水平井的精确连通,引入了磁场测距导向工具,开展了U型水平井井身剖面设计方法研究。在对井眼轨迹不确定性分析过程中,引入了合成误差圆。通过对比合成误差圆直径与磁场测距导向工具测距范围的大小,得到2种磁场测距导向工具的使用时机。根据磁场测距导向工具的选择使用情况以及测量特点,设计了相应的井身剖面。额外延伸部分为剖面设计的关键所在,根据测距范围给出了其精确的计算公式。通过实例验证可以看出此剖面设计是合理的。U型水平井的井身剖面设计体现了钻井设计与控制一体化,对今后的深入研究和实践具有参考意义。     

水平井井眼轨迹绘制方法

为描述水平井眼轨迹在地下空间的立体延伸情况，当采用垂直和水平两重深度显示任一解释层段的解释成果时，需要绘制井眼轨迹平面投影图、剖面投影图以及沿井各个方位的投影轨迹。从分析钻井造斜数据的几何和数学关系入手，介绍了模拟井眼轨迹的原理。并编制了相应的模拟软件，对塔河油田TK244H水平井资料井进行了处理，其结果与实钻轨迹完全一致。     

大斜度水平井测井资料解释系统在河南油田的应用

大斜度水平井测井资料解释系统是在Windows XP环境下,利用Visual C++语言及微软的MFC多文档架构及面向对象技术结合环境校正技术、井斜处理技术和垂深校正技术等一些列技术研制而成。该系统主要功能有:绘制井身结构俯视图、侧视图和立体轨迹图;根据测井曲线特征进行人工交互地层对比,分析砂体展布、构造变化和油水层分布及部位高低,达到对井眼轨迹的设计进行检验和控制;测井解释层位投影在小层平面图上,准确判断本井目的层位置(在油区、水区还是干区)。利用该软件可提高河南油田水平井测井评价的准确率,指导水平井钻井设计。     

穿过多条垂直裂缝的水平井渗流问题及压降曲线

为了提高低渗透油田水平井的产量,往往需要进行水力压裂,压裂后在水平井段产生多条垂直裂缝,对于具有这种多条裂缝的水平井试井分析问题,目前很少有这方面的论述.文中分析了均质油藏中具有多条垂直裂缝的水平井渗流过程,建立了这种水平井渗流问题的数学新模型,利用新的积分变换方法求出了水平井的无量纲井底压力,绘制了井底压降曲线,为试井分析提供了理论图版,并结合实例分析给出了具体解释方法,求出了垂直裂缝的平均半长,裂缝导流能力及地层平均渗透率.     

不同泄油体模式下水平井产能方程分析

水平井产量计算公式众多,不同泄油体模式下的水平井产量计算公式和适用条件不同。根据油藏大小、水平井段长度及油藏边界形状等因素,将水平井泄油体分为圆柱形、椭球形和箱形三种主要模式。以单相稳态流动为基础,选择国外有代表性的水平井产能方程,对其特点和应用条件进行分析,同时阐述国内相关学者的水平井产能方程。所介绍的产能公式均是将三维流动转换为二维流动,采用复势叠加原理和镜像反映原理进行数学推导,在形式上具有明显的相似性,都是基于几种理想化的假设条件和一定的简化处理,因此预测结果与真实值存在一定误差。     

基于约束优化方法的三维多靶井眼轨迹设计模型

拓广了平面靶和三维靶的定义,建立了多靶三维井眼轨迹的坐标增量方程组,提出了基于约束优化方法的三维井眼轨迹设计新模型。该模型可用于解决多靶情形的三维定向井、水平井的井眼轨迹优化设计问题,优化参数不仅可以包含井深、井斜角、井斜方位角、井段曲率等井眼轨迹参数,还可以包含曲线井段的曲线类型,从而使优化设计结果更好,更适应复杂情况的设计问题。     

定向井、水平井靶心距计算的数值方法

靶心距计算是定向井和水平井井身质量检查中的一项重要内容,靶心距计算的核心内容是求入靶点的坐标.入靶点是井眼轨迹与某个空间平面的交点:对于定向井,该平面是圆形靶圈所在的水平面;对于水平井,该平面是靶体轴线的垂直平面.根据点与平面的有向距离的概念给出了入靶点所在井段的扫描算法,该算法能快速确定入靶点所在井段.对求解入靶点关键参数方程的数值迭代法--二分法及其收敛性能进行了详细研究,并给出了在空间圆弧、圆柱螺线、自然曲线等3种井段曲线类型情况下的详细计算公式.理论及实际算例表明,二分法是求入靶点数值解的非常有效的算法.入靶点所在井段的扫描算法和求入靶点关键参数数值解的二分法在中靶分析、邻井法面距离扫描、井眼轨迹监控中也有很重要的应用价值.     

目标垂深不确定条件下的水平井轨道设计

目标垂深不确定在水平井钻井中是普遍存在的情况,这使得水平井井眼准确进入目标窗口的难度大大增加,甚至导致脱靶。文中提出了解决目标垂深不确定时水平井轨道设计问题的基本思路和方法。采用双增型水平井轨道设计出中间稳斜段的最佳稳斜角,在钻进过程中及时发现标志层或油层顶界面等方法,可以解决目标垂深不确定的问题。在前人基础上,同时考虑标志层倾角和储层倾角不平行的情况,对最优稳斜角的计算公式进行了推导,最后采用2个算例进行了验证。     

三维定向井随钻监测的曲面投影方法

井眼轨道的投影图是监测实钻轨迹沿设计轨道行进情况的重要方法,但现有的平面投影方法对于三维定向井和水平井存在较大的误差,甚至导致失真和错误的分析结果。过设计轨道上诸点的铅垂线构成一个铅垂柱面,将实钻轨迹投影到该设计轨道所在的铅垂曲面上,能够科学有效地分析和评价实钻轨迹与设计轨道的符合程度。阐述了井眼轨道曲面投影的原理,建立了曲面投影视平移和水平偏距的概念和计算方法,从而可真实地反映实钻轨迹沿设计轨道在水平方向上的进程以及实钻轨迹与设计轨道的横向偏离程度。通过简单的数学模型,分析了平面投影产生误差的原因及误差估算方法。最后,用计算实例验证了曲面投影方法的科学性和可靠性。     

最小曲率法测斜计算中的数值方法

最小曲率法是测斜计算、井眼轨道设计中最常用的方法之一,在井眼轨迹计算中有广泛的应用。本文研究了最小曲率法计算机数值计算中的几个细节问题,给出了零井斜角测点的方位角定义,阐述了零井斜角测点方位角的二义性。分析了坐标增量计算过程,给出了减小三角函数计算次数的算法。对小弯曲角情形的坐标计算使用高精度近似公式代替容易产生除法溢出的直接计算,提高了计算过程的稳定性和计算精度。对水平投影长度的计算给出了使用Gauss数值积分法的精确计算方法。本文提出的方法可以用于使用最小曲率法时的井眼轨道计算的计算机软件开发,提高计算机软件的计算稳定性和计算精度。对涉及井眼轨迹计算的其他实际问题如定向井中靶分析预测、井眼轨迹控制、井身质量检查等都有一定的参考价值。     

三维可视化技术在钻井工程中的应用

应用三维可视化技术对地下地质环境和钻井状态进行了三维描述,对常见的多边形建模构造、参数化曲面构造及细分曲面构造等方法进行了分析。以改进的细分曲面构造方法为基础,利用OpenGL开发语言建立了真实世界中复杂物体的构造和显示方法,形成了描述钻井工程中断层、地层(油、气、水层)、地震体、地震层速度垂直剖面等各类地下模型,同时构建了井轨迹(设计轨道、实钻轨迹、预测轨道)、井靶点、测井及录井曲线的三维显示模型,实现了实时显示、分析和解释MWD数据和钻井作业数据的操作。     

丛式井平台井口布置方法

为了进一步优化丛式井的设计,研究了丛式井平台井口和靶点的优选和分配问题。当井口分布呈多排多列且不均匀分布时,首先对井口和靶点进行直线或同心圆划分,再基于井口与靶点的连线在水平面上的投影两两不相交且水平位移平方和最小的方法(即不相交水平位移最小距离法),建立了不相交水平位移最小距离法计算模型,并编制了相应的分析计算软件。以吉林油田某丛式井组为例,利用编制的软件进行了井口和靶点的优选及分配,快速求出了最优分配结果。这表明采用不相交水平位移最小距离法可以快速求出最优的分配结果,可提高设计人员的工作效率。      

定向井水平井轨道设计和轨迹计算分析三维可视化技术

介绍外企在海上采用的丛式井钻井技术方法,主要概述了海上的丛式井设计软件、不同井段的钻井 工艺技术和对轨迹的施工要求。对比了目前国内定向井水平井技术发展和软件技术的现状,以及与国外同类软件 的一些差距。介绍了Navigator软件的设计思路和工程理念,阐述了软件在轨道设计方面应该解决哪些问题,迅速 获得优化的设计结果;实钻计算方面提供了现场工程师需要知道的所有与轨迹控制有关的轨道参数,分别给出了 侧钻井设计和施工过程中的锁定靶区的应用实例。     

最小曲率法计算中的数值方法

最小曲率法是测斜计算、井眼轨道设计中最常用的方法之一,在井眼轨迹计算中有广泛的应用。研究了最小曲率法计算机数值计算中的几个细节问题,给出了零井斜角测点的方位角定义,阐述了零井斜角测点方位角的二义性。分析了坐标增量计算过程,给出了减小三角函数计算次数的算法。对小弯曲角情形的坐标计算使用高精度近似公式代替容易产生除法溢出的直接计算,提高了计算过程的稳定性和计算精度。对水平投影长度的计算给出了使用Gauss数值积分法的精确计算方法。文中提出的方法可以用于使用最小曲率法时的井眼轨道计算的计算机软件开发,提高计算机软件的计算稳定性和计算精度。对涉及井眼轨迹计算的其他实际问题如定向井中靶分析预测、井眼轨迹控制、井身质量检查等都有一定的参考价值。     

库车坳陷山前构造超深井岩石可钻性研究

根据地层岩石可钻性级值预测钻井速度、制订钻井计划是科学钻井的一项重要内容。精确地预测地层可钻性是实现超深井优质高效钻井的重要基础之一,对提高钻井速度、降低钻井成本具有十分重要的意义。应用数理统计的方法,依据库车坳陷山前构造已完钻井的钻井、录井、测井资料,以及室内微钻头可钻性实验数据统计分析,建立了库车坳陷山前构造超深井横向、纵向地层岩石可钻性剖面,较精确地预测了地层可钻性级值,满足了现场钻井工作的需要。并编制了设计计算软件,现场应用表明预测值与实测值误差为5%～8%,具有广泛的推广应用价值,对于不同地区、不同构造,应对地层岩石可钻性剖面进行修正,以获得最佳的技术经济效益。     

水平井的中靶分析

在水平井入靶前或水平段钻井过程中，确定待钻井段井斜角和方位角的控制范围是保证水平井中靶和轨迹控制精度的关键，也是水平井井眼轨迹监控的一项重要内容。使用局部坐标变换的方法，通过对几种不同钻井条件的极值分析，得到了水平井中靶井斜角和方位角的控制范围以及中靶横向偏差和纵向偏差的理论计算公式。可应用于水平井井眼轨道设计、井身质量评价、实钻轨迹控制等。     

欠位移水平井的设计方法

当地面条件、造斜点位置和工具造斜能力的可选范围受到限制时，如果采用常规的井身剖面，有些水平井会因靶前位移不足而无法实现设计和施工。为解决欠位移水平井设计和施工难题，提出了设计这种欠位移水平井的双S剖面，它是由直线段和圆弧段相间排列的7段式剖面。系统地研究了双S剖面的特征参数和约束方程，其设计方法不仅适用于各种三弧剖面，而且还避免了分步设计和试算，保证了井眼轨道设计的科学性和实用性。研究表明：欠位移水平井设计的实质是确定出合理的造斜点位置和反向造斜所钻达的井斜角，以满足井身剖面对于垂深和水平位移的要求，并给出了设计示例。